亚熔盐多元体系中钒铬酸盐清洁分离应用基础研究

发布时间：2020-06-15 06:55

【摘要】：针对钒渣现有钠化焙烧提钒主流工艺钒资源提取率低、铬不能提取、废水废气及含铬废渣污染严重等问题,中国科学院过程工程研究所开发了钒渣亚熔盐法钒铬共提清洁生产工艺,可在低温以及近常压条件下实现钒渣中钒铬的高效同步提取,为解决我国36亿吨高铬型钒钛磁铁矿的利用提供了有效解决方案。钒渣经亚熔盐反应后获得的高碱性溶液中钒铬的有效分离是工艺的核心关键环节,但目前的钒铬分离方法多适用于酸性及中性条件,亟需开发碱介质中钒铬高效清洁分离方法。本文以NaOH体系中钒铬的高效分离为目标,在对体系溶解度系统研究的基础上提出低碱区冷却结晶钒酸钠,高碱区蒸发结晶铬酸钠的钒铬分离新方法,并对结晶分离过程的热力学基础、动力学调控规律、工艺参数的确定以及产物深度提纯等进行了系统研究,为钒渣亚熔盐法钒铬共提清洁生产工艺提供了坚实的理论支撑和应用指导。论文取得如下创新性成果:1.建立了 NaOH碱介质中钒铬高效结晶分离的新方法。通过测定40℃和80℃条件下四元水盐体系NaOH-Na3VO4-Na2CrO4-H2O溶解度相图,基于钒铬溶解度随温度及碱浓度变化规律的差异,结合碱介质中杂质组元CO32-和SiO2对钒铬溶解度的影响,提出钙化除杂后低碱区冷却结晶分离钒酸钠,继而高碱区蒸发结晶分离铬酸钠的钒铬分离新方法。2.获得了完整的钒酸钠结晶过程介稳区及其成核生长规律。通过考察温度、碱浓度、转速以及降温速率等参数对介稳区宽度的影响,获得相应条件下介稳区宽度及调控规律,为碱介质中钒铬相分离方法设计提供了重要依据;通过测定钒酸钠在NaOH溶液中的结晶诱导期,确定钒酸钠结晶为单核成核机理,其生长模式随碱浓度升高由连续生长向生长传递型生长转变;以经典粒数衡算方程为基础,使用间歇动态法对钒酸钠冷却结晶过程的动力学行为进行考察,通过矩量变换法处理并计算钒酸钠结晶动力学方程,确定了其固液两相间结晶过程传递行为特性。3.实现了 NaOH体系中钒酸钠和铬酸钠的高效结晶分离。通过考察各工艺参数对钒酸钠结晶的影响,得到钒酸钠结晶工艺条件为:NaOH浓度300 g·L-1左右,搅拌转速160rpm,从80℃冷却至40℃结晶,降温速率1℃·min-1左右,保温时间105 min,此条件下钒酸钠结晶率大于54%,晶体纯度大于93%,所得产物为Na3VO4·3H2O,平均粒度388.21 μm。通过蒸发结晶至NaOH浓度600～700 g·L-1可实现铬酸钠的分离,铬酸钠结晶率可超过52%,晶体纯度大于95%,所获得晶体为Na2CrO4。4.在高碱度条件下实现了钒铬的高效萃取分离,获得高纯钒酸钠产品。针对含有少量Na2CrO4杂质的钒酸钠,使用萃取剂Aliquat 336以及改性剂TBP实现了铬的萃取分离,考察六价铬液液萃取动力学、热力学及相关机理,实现了对初始液相pH为13.63的微量铬杂质超过75%的单级萃取率以及钒的零萃取,分离效果显著,使用NaOH或HNO3可实现高达100%的反萃效率。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF841.3;TF791
【图文】：

钠化焙烧提钒工艺兴起于上世纪７０年代，是南非海维尔德公司、南非瓦梅特科逡逑公司、河钢承钢集团公司和攀枝花钢铁集团公司等国内外大多数大型钒生产厂家采用逡逑的主流提钒工艺，流程如

１逡逑ＶｊＯｓ逡逑图１．２钙化焙烧提钥ａ：艺流程图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｌｃｉｕｍ邋ｒｏａｓｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ｆｏｒ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｓｌａｇ逡逑然而，钙化焙烧技术同样受制于焙烧过程中气同反应传质障碍，钒转化率仍不足逡逑＇逦９０邋％，铬不能被提取。同时，钒渣中的磷在氧化焙烧过程中转化为Ｃａ３（Ｐ０４）２，在硫逡逑７逡逑

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本文编号：2714058